米桑油田高壓鹽膏層固井問題分析和優(yōu)化

張曉廣

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

高壓鹽膏層固井技術(shù)一直是固井界公認(rèn)的難題[1]。伊拉克米桑油田高壓鹽膏層固井防漏防竄是中國(guó)海洋石油總公司在作業(yè)過程中出現(xiàn)的一系列固井技術(shù)難題之一[2]。米桑油田高壓鹽膏層井段固井質(zhì)量直接決定了能否進(jìn)行下步鉆井作業(yè)和開發(fā)井是否順利投產(chǎn)。由于國(guó)外鉆井作業(yè)的區(qū)域局限性，由高壓鹽膏層井段固井問題引起的射孔、擠水泥等作業(yè)成本也相當(dāng)高。 因此，高壓鹽膏層固井必須從固井前井眼的處理、固井期間的工藝及操作、固井工具的穩(wěn)定性等方面精心考慮，精細(xì)操作。

1 固井問題分析

1.1 地質(zhì)概況

米桑油田區(qū)域蓋層第三系Lower Fars組以石膏、鹽巖、頁(yè)巖為主，埋深3000 m左右，厚約800 m，夾層存在高壓鹽水，地層孔隙壓力系數(shù)最高為2.2，坍塌壓力系數(shù)最高為1.88，破裂壓力系數(shù)為2.4 ～2.9，地溫梯度3.35 ℃/100 m；壓力過渡帶為硬石膏層，隔層厚度5 m。某國(guó)際知名油田服務(wù)公司在該油田進(jìn)行了十多口井的固井作業(yè)，但鹽膏層固井質(zhì)量差，大多數(shù)井固井后出現(xiàn)環(huán)空帶壓等井筒完整性方面問題，部分井在固井過程中發(fā)生井漏，鉆穿壓力過渡帶時(shí)發(fā)生高壓鹽水竄流。根據(jù)目前鉆井設(shè)計(jì)，高壓鹽膏層井段全部在?311.2 mm井眼(?244.5 mm套管段)。

1.2 問題分析

米桑油田高壓鹽膏層井段固井主要問題有：固井前循環(huán)井眼漏失、一級(jí)固井期間或固井后循環(huán)候凝期間井漏、一級(jí)固井期間或候凝后放壓時(shí)溢流等問題。上述問題極易造成固井水泥環(huán)有效封隔段不足、水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量差(特別是在鹽侵情況下)。

由于該井段地層壓力安全作業(yè)窗口窄，高壓鹽膏層固井漏失風(fēng)險(xiǎn)極高，進(jìn)而導(dǎo)致套管鞋處等關(guān)鍵封固段固井質(zhì)量差，在下開次作業(yè)時(shí)有溢流、環(huán)空帶壓的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，該油田高壓鹽膏層井段固井還面臨著其他困難。?311.2 mm井段MB1 頂石膏層中間壓力過渡帶夾有0.3～0.6 m 厚的白云質(zhì)砂巖，此處較易發(fā)生井漏。為了防止井漏，固井前循環(huán)排量不足，導(dǎo)致井眼清潔度不高；而固井過程中頂替排量偏低，進(jìn)而頂替效率不足。前置液和水泥漿及鉆井液配伍性調(diào)配困難，從而影響鉆井液、水泥漿的隔離。高密度鉆井液，性能維護(hù)困難，井壁上容易形成虛厚泥餅且難以沖洗(下套管至設(shè)計(jì)井深后，固井前循環(huán)時(shí)，鉆井液性能處理受限或排量不足，導(dǎo)致井壁上仍存在較多虛厚泥餅)。高壓鹽膏層井段夾雜的鹽巖易蠕變或鹽溶，夾雜的頁(yè)巖易蠕變或水化，進(jìn)而造成井徑不規(guī)則。由于套管下深3000 m左右，且全井段封固，配漿量較大，導(dǎo)致水泥漿性能不均。

2 解決思路

壓穩(wěn)高壓鹽水層、防竄、防漏是高壓鹽膏層固井施工的關(guān)鍵點(diǎn)。

油氣井固井施工中必須保證“三壓穩(wěn)”，即固井前、固井過程中和候凝過程中水泥漿失重時(shí)的壓穩(wěn)。一般水泥漿凝固失重條件下的壓穩(wěn)容易被忽略，這也是影響油氣井固井質(zhì)量及環(huán)空密封性差的一個(gè)主要原因[3]。

根據(jù)高壓鹽膏層的地質(zhì)特性，采取有針對(duì)性的水泥漿體系和配套的隔離液及沖洗液體系。根據(jù)以往作業(yè)井的經(jīng)驗(yàn)，前置液粘度調(diào)高時(shí)，能夠降低頂替過程中水泥漿發(fā)生竄槽的幾率，最終的固井質(zhì)量也較好。當(dāng)然，在套管居中度不高時(shí)，高粘度的前置液在環(huán)形空間的(套管與地層之間)的底邊時(shí)，由于套管與地層間隙較小，流態(tài)易由“紊流”轉(zhuǎn)為“層流”狀態(tài)，進(jìn)而降低前置液的沖洗效果，甚至殘存前置液在水泥環(huán)中。因此應(yīng)在保證套管居中度的基礎(chǔ)上提高前置液的粘度。直井每3根套管安放1只彈性扶正器。斜井段彈性扶正器和剛性扶正器交互安放。提高水泥漿頂替效率與盡量提高套管居中度相結(jié)合。

鹽膏層固井水泥漿具有高密度、優(yōu)良的流變性和沉降穩(wěn)定性、對(duì)鹽膏層有抑制性、抗鹽性、防竄、防漏等性能[4]。水泥漿性能具體要求：水泥漿失水可控；水泥漿尾漿應(yīng)達(dá)到“直角稠化”的效果，減少水泥漿“失重”期間竄槽的風(fēng)險(xiǎn)；高強(qiáng)度的水泥石；稠化時(shí)間可控；良好的流變性。另外水泥漿應(yīng)采用領(lǐng)漿、尾漿雙凝設(shè)計(jì)。根據(jù)高壓鹽膏層地層鉆井情況盡量提高排量，提高頂替效率。一級(jí)固井循環(huán)加壓候凝與二級(jí)井口憋壓候凝相結(jié)合。

3 優(yōu)化措施

3.1 前置液設(shè)計(jì)

采用沖洗型隔離液段長(zhǎng)250 m，一級(jí)沖洗液段長(zhǎng)100～150 m，二級(jí)沖洗液段長(zhǎng)350 m，密度1.10 g/cm3，提高沖洗效率。適當(dāng)提高隔離液粘度，為防止固井期間井漏，隔離液中加入0.03%～0.05%防漏纖維。另外，在井眼壓穩(wěn)的基礎(chǔ)上，泵入前置液前，根據(jù)計(jì)算，泵入適量低密度且流變性較好的鉆井液。

3.2 水泥漿設(shè)計(jì)

采用高密度抗鹽防漏防竄水泥漿體系，嚴(yán)格控制水泥漿失水、抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)性、自由水(析水)等性能?？s短稠化時(shí)間，速凝水泥漿稠化時(shí)間嚴(yán)格控制為理論施工時(shí)間加安全余量[5]。

采用雙凝水泥漿體系，提高一級(jí)固井水泥漿的“直角稠化”性能；水泥漿中加入防漏纖維，提高水泥漿的防漏性能，同時(shí)也可提高水泥環(huán)的韌性[6]。提前做好水泥漿、前置液與鉆井液的相容性實(shí)驗(yàn)[7]。47井采用優(yōu)化后的水泥漿，其性能分別見表1和圖1。

表1 47井水泥漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 工藝實(shí)施

47井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表2所示。

3.3.1 套(尾)管現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

從圖2的完井生產(chǎn)管柱圖可以看出：高壓鹽膏層井段為?244.5 mm套管，下開次為?244.5 mm套管內(nèi)懸掛?168.3 mm尾管，?168.3 mm尾管與?244.5 mm套管重疊150 m。在后期完、修井及生產(chǎn)期間，在RTTS封隔器失效或油管泄漏的情況下，?244.5 mm套管、?168.3 mm尾管均需承受一定的油層壓力，因此入井套(尾)管應(yīng)具有合格的抗內(nèi)壓強(qiáng)度。

圖1 47井一級(jí)固井尾漿稠化曲線

鉆頭尺寸/mm套管尺寸/mm井深/m套管下深/m阻流環(huán)深度/m分級(jí)箍深度/m套管鋼級(jí)扣型套管每米重/kg444.5339.72213.802213.602171.041004.55N80*BTC101.20 311.2339.72000.11L80*VAM TOP69.90311.2339.72968.402968.302926.091789.81R95*VAM TOP87.50

圖2 47井完井生產(chǎn)管柱圖

另外?244.5 mm套管抗外擠強(qiáng)度不足時(shí)，在固井后，高壓鹽膏層的蠕變可能會(huì)擠毀套管，進(jìn)而影響油井壽命。

為此，現(xiàn)場(chǎng)在《石油套管現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、運(yùn)輸與貯存》(SY/T 5396-2012)的基礎(chǔ)上，制定了更嚴(yán)格的套(尾)管現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在：管體外表面不應(yīng)有任何影響使用的缺陷，如波紋、折疊、裂紋、劃痕、擦傷、凹槽等，其深度不應(yīng)大于規(guī)定壁厚的10%(原標(biāo)準(zhǔn)為12.5%)；螺紋不應(yīng)有連續(xù)性缺陷，不接受用機(jī)加工或打磨外表面方法清除或減小到可接受的限度內(nèi)等套管接箍缺陷處理方式。原標(biāo)準(zhǔn)：用機(jī)加工或打磨外表面方法清除或減小到可接受的限度內(nèi)時(shí)，應(yīng)保證接箍外徑在規(guī)定的偏差范圍內(nèi)，且應(yīng)平滑地過渡到接箍外輪廓線上[8]。

依據(jù)上述要求檢查出的部分不合格套(尾)管見圖3、圖4。

3.3.2 下套管前井眼要求

壓穩(wěn)：短起下和通井過程中，觀察是否發(fā)生鹽侵，如發(fā)生鹽侵應(yīng)逐步提高鉆井液密度直至壓穩(wěn)，確保下套管前壓穩(wěn)高壓鹽水水層。

圖3本體不合格的?168.3 mm尾管

圖4 螺紋不合格的?244.5 mm套管

確定地層的承壓能力，為固井作業(yè)期間循環(huán)、頂替等作業(yè)的順利進(jìn)行提供依據(jù)：該井?311.2 mm井段所用最大鉆井液密度2.28 g/cm3,最薄弱地層承壓能力2.37。

地層防漏：易漏井段控制起下鉆速度，必要時(shí)低至0.1 m/s；緩慢開泵(7min開泵至正常排量)，避免“激動(dòng)”壓力憋漏地層，對(duì)環(huán)空壓耗計(jì)算及時(shí)更新。進(jìn)行鉆進(jìn)和通井過程中如發(fā)生漏失，應(yīng)進(jìn)行堵漏作業(yè)，為固井施工提供良好的井眼條件，確保固井施工順利。

通井：采用原鉆具通井，通井過程中遇阻、遇卡井段反復(fù)劃眼，保證井眼通暢；通井循環(huán)時(shí)逐步提高排量，循環(huán)排量2.2～2.3 m3/min，保證井眼清潔；密切觀察鉆井液量變化，防止發(fā)生井漏或水侵，保證井下正常。

3.3.3 固井前井筒要求

由于下完套管后，環(huán)空間隙更小，環(huán)空壓耗更高，為防止井漏，循環(huán)時(shí)更要控制好排量和泵壓。套管到位后，環(huán)空壓耗計(jì)算結(jié)果見圖5?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)環(huán)空壓耗曲線和最薄弱地層處地層完整性試驗(yàn)數(shù)據(jù)(2.37 g/cm3)確定最大循環(huán)排量1.5 m3/min。具體做法：灌滿排空，小排量頂通，以每泵沖為單位緩慢提排量，逐步將排量提高到1.0 m3/min；正常后分階段逐步將排量提高至1.5 m3/min，同時(shí)記錄泵壓和返出，并至少循環(huán)三周。

圖5 循環(huán)洗井期間壓耗與排量關(guān)系

調(diào)整鉆井液性能。循環(huán)時(shí)調(diào)整鉆井液性能，要求振動(dòng)篩干凈，鉆井液密度不低于完鉆時(shí)鉆井液的密度，且進(jìn)出口密度一致，流動(dòng)性能良好。

3.3.4 套管居中

為保證套管居中度，每3根套管安放1只彈性扶正器?！按蠖亲印本渭臃殴畏稣?，既扶正套管又有助于形成“紊流”。

3.3.5 固井注、替排量

固井施工注替排量采用大排量注、替，注水泥漿0.8～1.0 m3/min，頂替鉆井液1.8 m3/min(裸眼段環(huán)空返速1.0 m/s)，采用大排量頂替提高頂替效率。

3.3.6 固井質(zhì)量檢測(cè)

由于高壓鹽膏層井段的固井特殊性，除了使用常規(guī)的固井質(zhì)量測(cè)井手段對(duì)固井質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估外，在進(jìn)行下開次鉆井作業(yè)之前，現(xiàn)場(chǎng)還采用了溢流檢查(負(fù)壓)手段對(duì)高壓鹽膏層段固井質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。具體做法：鉆水泥塞及浮鞋至原井深后，循環(huán)，溢流觀察；起鉆，分段每500 m用清水替出井內(nèi)原漿(折合井底鉆井液當(dāng)量密度為下開次鉆進(jìn)鉆井液密度)，每次替完漿進(jìn)行溢流觀察；下鉆至井底，替入下開次井段所用鉆井液，循環(huán)調(diào)整鉆井液性能均勻，并溢流觀察。由于高壓鹽膏層井段固井的特殊性，在進(jìn)行溢流檢查時(shí)還需排除井筒熱效應(yīng)的影響。47井高壓鹽膏層井段固井質(zhì)量中等—良好，溢流檢查確認(rèn)井眼穩(wěn)定，不溢不漏。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)米桑油田高壓鹽膏層固井的難點(diǎn)及出現(xiàn)的問題，在前人大量技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，主要從現(xiàn)場(chǎng)施工的技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行了優(yōu)化，主要優(yōu)化措施有：

(1)提高隔離液粘度與套管居中度綜合考慮，隔離液中加入防漏纖維，泵入前置液前，泵入適量低密度且流變性較好的鉆井液。

(2)采用雙凝水泥漿體系，提前進(jìn)行大量水泥漿實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，最優(yōu)化一級(jí)固井水泥漿的“直角稠化”性能及水泥漿、前置液與鉆井液的相容性。

(3)制定更為嚴(yán)格的套(尾)管現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)易漏井段對(duì)起下鉆速度、下套管速度均嚴(yán)格定量限制；鉆進(jìn)期間及固井前循環(huán)，均限時(shí)緩慢開泵。固井前循環(huán)由于環(huán)空間隙窄，循環(huán)壓耗大，更要慎重、耐心，逐泵沖提排量至正常排量。

(5)采用了溢流檢查(負(fù)壓)手段對(duì)高壓鹽膏層段固井質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn),并排除井筒熱效應(yīng)的影響。

優(yōu)化措施取得了良好的效果，高壓鹽膏層井段固井質(zhì)量合格，為下部鉆井作業(yè)順利進(jìn)行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于各區(qū)塊地質(zhì)條件和井型的差異性，該措施的應(yīng)用還有一定的局限性。